[发明专利]一种热电堆式气体流量传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种热电堆式气体流量传感器，其特征在于，包括：

衬底，具有一凹槽，所述凹槽开设于所述衬底的上表面；

第一介质膜，覆盖于所述凹槽上方，且与所述衬底相连接，所述第一介质膜与所述衬底共同围成一个隔热腔体；

加热元件，位于所述第一介质膜表面；以及

至少两个感测元件，位于所述第一介质膜上，且设置于所述加热元件的两侧，所述感测元件包括至少一组单晶硅-金属热偶对组，所述单晶硅-金属热偶对组包括若干个单晶硅-金属热偶对。

2.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述第一介质膜包括若干个贯穿其上下表面的槽型结构，所述槽型结构与所述单晶硅-金属热偶对组平行设置且交替间隔排布。

3.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述单晶硅-金属热偶对包括单晶硅热偶臂及金属热偶臂，所述单晶硅热偶臂位于所述第一介质膜靠近所述凹槽一侧的表面，所述金属热偶臂包括垂直部及水平部，所述垂直部贯穿所述第一介质膜与所述单晶硅热偶臂相连接，所述水平部与所述垂直部相连接且位于所述第一介质膜远离所述凹槽一侧的表面。

4.根据权利要求3所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述加热元件位于所述第一介质膜靠近所述凹槽一侧的表面。

5.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述衬底为(111)单晶硅。

6.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述第一介质膜包括自下而上依次叠置的TEOS钝化层和氮化硅，所述第一介质膜与所述衬底之间还包括氧化层。

7.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述加热元件沿<110>晶向排布，所述单晶硅-金属热偶对沿<211>晶向排布。

8.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，还包括第二介质膜，所述第二介质膜覆盖于所述单晶硅-金属热偶对组及其周围的所述第一介质膜的上表面，用于保护所述单晶硅-金属热偶对。

9.根据权利要求1所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，还包括若干个引线焊盘，位于所述衬底上，且设置于所述加热元件及每个所述感测元件的两端。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，还包括环境电阻元件，设置于所述衬底上。

11.根据权利要求10所述的热电堆式气体流量传感器，其特征在于，所述环境电阻元件、所述加热元件以及所述单晶硅-金属热偶对中的单晶硅热偶臂均为硼掺杂的单晶硅。

12.一种热电堆式气体流量传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一衬底，并于所述衬底上定义出加热元件区以及至少两个感测元件区，所述感测元件区位于所述加热元件区两侧，且包括至少一个单晶硅-金属热偶对组区，所述单晶硅-金属热偶对组区包括若干个单晶硅-金属热偶对区；

2)刻蚀所述衬底以形成第一沟槽，用于定义出加热元件以及单晶硅-金属热偶对中的单晶硅热偶臂所在的位置及厚度；

3)于所述第一沟槽侧壁形成侧壁保护层，并于形成有所述侧壁保护层的所述第一沟槽内沉积牺牲层；

4)于步骤3)所得到的结构表面沉积第一介质膜材料层，并刻蚀所述第一介质膜材料层至暴露出所述加热元件对应的衬底区域以形成加热元件连接孔，且暴露出所述单晶硅-金属热偶对中的单晶硅热偶臂对应的衬底区域以形成单晶硅热偶臂连接孔；

5)于步骤4)所得到的结构的表面沉积金属层并对其图形化，以形成所述单晶硅-金属热偶对中的金属热偶臂，所述金属热偶臂包括垂直部及水平部，所述垂直部贯穿所述第一介质膜材料层，所述水平部与所述垂直部相连接且位于所述第一介质膜材料层表面；

6)刻蚀步骤5)得到的结构以形成第二沟槽，所述第二沟槽位于相邻所述单晶硅-金属热偶对组区之间和/或所述单晶硅-金属热偶对组区与所述衬底之间；

7)以所述第二沟槽为窗口腐蚀部分所述衬底形成隔热腔体，以释放所述第一介质膜和所述单晶硅热偶臂，其中，所述第一介质膜与所述衬底相连接，并与所述衬底共同围成所述隔热腔体，所述单晶硅热偶臂与所述金属热偶臂构成所述单晶硅-金属热偶对，并形成感测元件。